일본산업뉴스요약

AI로 세포를 고속 분류, 재생의료 활성화
THINKCYTE, 세포 형태로 판별하는 기술을 세계 최초 개발

도쿄대학 발 스타트업기업 씽크사이트(도쿄)가 개발한 세계 최초의 기술이 미국의 과학지 ‘사이언스’에 게재되었다. 인공지능(AI)을 이용해 세포를 고속으로 판별하는 기술로 장치도 개발. 재생의료 연구에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 개발된 장치는 내년부터 판매될 예정으로 이미 제약회사 등으로부터 많은 사전 문의가 쇄도하고 있다.

▶Flow Cytometry(유세포분석기): 다수의 미세한 입자를 분석하는데 이용하는 기술. 약 50년 전에 개발되었다. 형광색소를 이용해 염색한 입자를 1개씩 고속으로 흐르게 해 그 입자들의 형광의 유무를 형광 카메라로 검출해 분석한다. 이러한 세포의 분취(分取) 장치를 도입한 것을 ‘쉘 정렬(Shell Sort)’라고 부르기도 한다. 이것은 바이오 연구에 꼭 필요한 기술로, 미국의 Beckman Coulter가 대표적 기업이다. 일본에서는 소니 등이 개발 및 판매를 운영하고 있다.

-- 재생의료를 활성화 --
이번 신기술은 도쿄대학 첨단과학기술연구센터의 오오타(太田) 조교수가 중심이 되어 개발했다. 이에 대한 논문이 미국 시간 15일자 과학잡지 사이언스에 게재되었다. 신기술의 명칭인 ‘고스트 사이토메트리(Ghost Cytometry)’가 그대로 논문 제목으로 사용되었다.

이것은 세포의 형태를 순식간에 판단해 1초 간 수 천에서 수 만개의 세포들을 분류하는 기술로, ‘이러한 형태의 세포를 골라내라’라는 명령을 내리면 1억개 중 한 개밖에 없는 희귀 세포 등을 단시간에 다수 찾아낼 수 있다. 지금까지 사람의 수작업으로 이루어지던 것을 현격하게 효율화할 수 있다.

기존에는 세포를 고속으로 분류하기 위한 기술로 ‘플로우 사이토메트리’가 이용되어왔다. 하지만 이 기술은 형광색소로 염색한 세포를 색의 유무로 분류했으나, 형태로는 분류하지 못했다.

새로운 기술은 아래와 같다. 우선 ‘QR코드’처럼 랜덤으로 작은 틈새가 벌어진 플레이트를 만들어 그곳에 빛을 통과시키면 곳곳에 벌레 먹은 형태의 빛이 만들어진다. 그 빛 안을 세포가 통과하면 세포에 닿아 반사된 빛의 양이 경시적(經時的)으로 변화해 세포의 형태에 따라 광량의 파장이 검출된다. 이 파형과 통과한 세포의 형태를 AI에게 학습시키면 AI는 파형을 통해 순식간에 세포의 형태를 판별하게 된다.

“파형을 세포의 영상으로 다시 만들지 않고 파형인 채로 AI가 판별하는 것이 이 기술의 포인트이다”(오오타 조교수)라고 한다. 사람이 세포의 형태를 판별하기 위해 컴퓨터로 계산해 파형으로 세포의 영상을 재구성하는 과정을 생략할 수 있어 큰 폭으로 고속화할 수 있었다.

또한 세포를 분류하는 연구기관과 협력해 자동화 장치 제조에도 성공했다. 세포분류는 시판의 플로우 사이토메트리와 같은 세포가 통과하는 길에 정전기의 힘을 가하는 시스템을 이용했다. 형태로 분류할 수 있게 되면 형광색소를 사용할 수 없었던 물체 등 수집할 수 있는 세포의 종류가 크게 늘어나 바이오 연구가 크게 진전될 수 있다.

예를 들어 재생의료분야에서는 성장 인자를 분류해 iPS세포에 배양, 간과 신경 등의 세포로 변화시켜 치료에 이용하는 것을 상정하고 있다. 하지만 원하는 대로 변화하는 세포는 극히 일부로, 이용을 위해서는 많은 세포를 수집하지 않으면 안 된다.

이를 해결하기 위해 현재는 사람과 로봇이 현미경으로 영상을 보면서 한 개씩 아주 작은 핀센트와 같은 것으로 분류한다. 이 작업에는 시간이 걸릴 뿐만 아니라 비용도 비싸다. 이러한 시간과 비용 문제는 재생의료 분야의 걸림돌이 되고 있지만 제조 라인에 고스트 사이토메트리를 도입한다면 큰 폭으로 해소할 가능성이 있다.

씽크사이트는 이미 장치의 프로토타입을 제작해 다양한 연구자들과 공동 연구를 시작하고 있다. 올해 안에는 혈중 세포를 조사해 질환을 진단하는 임상연구를 시작할 예정이다. 사장인 가쓰다(勝田) 씨는 “1억개의 세포를 1시간만에 분류해 달라는 등의 요청이 들어오고 있다”라고 말한다. 특히 제약회사 관계자들과 재생의료 연구자들로부터 문의가 많다.

장치는 2019년에 연구용으로 5대 정도 판매할 계획으로, 가격은 1대 당 6천만엔 정도를 상정하고 있다. 기존 형광형 플로우 사이토메트리의 1.5배 정도이다. 가쓰다 사장은 “새로운 진단법과 의료 기술 개발에 도움이 되었으면 하는 바램이다”라고 말한다.

씽크사이트는 도쿄대학과 오사카대학의 기술을 기반으로 고스트 사이토메트리를 실용화하기 위해 2016년 2월에 설립되었다. 이번 달 15일에는 리얼테크펀드, 과학기술진흥기구, 오사카대학 벤처캐피탈로부터 3.5억엔의 자금을 조달했다.

 -- 끝 --